(57)【要約】【課題】    接合温度の低温化を図りながら接合の信頼性が高い電子部品の実装方法を提供すること。【解決手段】    テーブルにＢｉ粒子を分散配置させる分散手順と、テーブルに錫を多く含む半田ボールを押付けて、当該半田ボールに所定割合のＢｉ粒子を圧着させる圧着手順と、Ｂｉ粒子が圧着した半田ボールを端子に押付ける押付手順と、押付手順により端子と半田ボールとが押付けられた状態で、端子と半田ボールとを１６０℃〜２００℃の温度で接合させる熱処理を行う接合手順と、を含むことを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子同士を接続する半田バンプにより接合して電子部品を実装する電子部品の実装方法であって、
テーブルに、Ｂｉ粒子を分散配置させる分散手順と、
前記テーブルに錫を多く含む半田ボールを押付けて、当該半田ボールに所定割合の前記Ｂｉ粒子を圧着させる圧着手順と、
前記Ｂｉ粒子が圧着した前記半田ボールを前記端子に押付ける押付手順と、
前記押付手順により前記端子と前記半田ボールとが押付けられた状態で、前記端子と前記半田ボールとを１６０℃〜２００℃の温度で接合させる熱処理を行う接合手順と、
を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品の実装方法であって、
前記分散手順は、所定形状の開口を有するマスクを前記テーブルに載置し、前記Ｂｉ粒子又はＢｉ粒子を含有するＢｉペーストを前記開口に埋込む手順を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項３】
請求項１に記載の電子部品の実装方法であって、
前記分散手順は、前記テーブルに形成された所定形状の凹部に前記Ｂｉ粒子又はＢｉ粒子を含有するＢｉペーストを埋込む手順を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項４】
請求項１に記載の電子部品の実装方法であって、
前記押付手順により、前記Ｂｉ粒子が圧着した側の前記半田ボールは、平面に成形されることを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子部品の実装方法であって、
前記テーブルに前記半田ボールを押付ける際に、前記半田ボールをスクラブさせながら押付ける手順を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子部品の実装方法であって、
前記半田ボールの直径をＤ１、Ｂｉ粒子の平均直径をＤ２としたとき、前記Ｂｉ粒子の平均直径Ｄ２は、前記半田ボールの直径Ｄ１に比例係数ｎを掛けて得られ、かつ、当該比例係数ｎは０．０２≦ｎ≦０．２を満たすことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項７】
請求項６に記載の電子部品の実装方法であって、
前記半田ボールに押し込むＢｉ粒子の数をｍとしたとき、Ｂｉ粒子の数は、１≦ｍ≦０．２／ｎ２の範囲を満たすことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項８】
接続端子を備える電子部品が半田バンプにより回路基板の端子に実装された半導体装置であって、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子部品の実装方法により、前記電子部品の端子と前記回路基板の端子とが接合されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の実装方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品をプリント基板等の回路基板に実装する方法として、半田付けによる実装方法が広く用いられている。このとき、例えばＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ）のように端子が複数、かつ、狭ピッチで設けられている電子部品を回路基板に半田付けするために半田バンプが用いられている。
【０００３】
半田バンプを用いた半田付け処理（以下、バンプ接合処理）は、電子部品の端子に予め接続された半田バンプを、回路基板に形成された端子に押し付け、この状態を維持しながら熱処理することにより行われる（特許文献１〜５）。なお、バンプ接合処理には、Ｓｎ（錫）リッチなＳｎ−３．０ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕの組成を持つ半田が多く用されている。
【０００４】
バンプ接合処理に関する関連技術としては、特許文献１には、半田の濡れ性が良好な金属粉を含んだフラックスの薄膜に半田ボールを押付け、この半田ボールの表面に形成されている酸化膜を突き破って金属粉を食い込ませる技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、錫、銅、亜鉛、銀、アンチモン、鉛、インジウム、ビスマス、ニッケル、アルミニウム、金及びゲルマニウムの１つ以上を含む半田ペースト用フラックスが開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、半田ボールを機械的研磨または化学的研磨により平坦に研磨する技術が開示されている。特許文献４には、所定温度で熱処理することによりバンプ接合を行うことが開示されている。特許文献５には、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ組成の半田バンプを用いて接合温度を下げる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−０７３９７６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２１０５９号公報
【特許文献３】特開２００７−１１０１０４号公報
【特許文献４】特開２０１１−２１０８１９号公報
【特許文献５】特開２００６−１２８４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、関連技術にかかるバンプ接合においては、後述するようにバンプ接合の信頼性が低い問題があった。
即ち、接合温度を低温化すると、半田バンプは完全に溶融状態とならず、ビスマスリッチな組織が発生する場合がある。ところが、ビスマスは硬く、脆い金属であるため、ビスマスリッチな領域は衝撃に対して弱くなる。従って、接合箇所に外部振動等が加わると、接合不良が発生し易く、高い信頼性のバンプ接合ができない。
【０００９】
そこで、本発明の主目的は、接合温度の低温化を図りながらバンプ接合の信頼性が高い電子部品の実装方法及び半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、端子同士を接続する電子部品の実装方法は、テーブルにＢｉ粒子を分散配置させる分散手順と、テーブルに錫を多く含む半田ボールを押付けて、当該半田ボールに所定割合の前記Ｂｉ粒子を圧着させる圧着手順と、Ｂｉ粒子が圧着した半田ボールを端子に押付ける押付手順と、押付手順により端子と半田ボールとが押付けられた状態で、端子と半田ボールとを１６０℃〜２００℃の温度で接合させる熱処理を行う接合手順と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、接続端子を備える電子部品が半田バンプにより回路基板の端子に実装された半導体装置は、上記に記載の電子部品の実装方法により、電子部品の端子と回路基板の端子とが接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｂｉ粒子を散配置させて半田ボールに圧着させるので、バンプ接合に必要なＢｉ粒子が接合箇所に偏在するようになり、接合時における接合温度の低温化を図りながら信頼性が高いバンプ接合が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる半田バンプの断面図である。
【図２】電子部品の実装方法を示すフローチャートである。
【図３】Ｂｉ粒子を分散したテーブルの側面図である。
【図４】テーブルにＢｉ粒子を分散配置する際の様子を示す図で、（ａ）はＢｉ粒子を分散配置したテーブルの上面図、（ｂ）はマスクを用いてＢｉ粒子を分散配置する際のテーブルの断面図、（ｃ）はマスクを除去した際のテーブルの断面図である
【図５】半田ボールにＢｉ粒子を圧着させる様子を示した図で、（ａ）は電子部品をテーブルに対向させた際の断面図、（ｂ）は半田ボールをＢｉ粒子に押付けた際の断面図、（ｃ）は半田ボールをＢｉ粒子に圧着させた際の断面図である。
【図６】半田バンプを用いて接合する際の様子を示す図で、（ａ）電子部品を回路基板に対向させた際の断面図、（ｂ）は半田ボールを回路基板の端子に押付けた際の断面図、（ｃ）は接合状態を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる電子部品の実装方法を示す図で、（ａ）は略正方形の凹部を備えるテーブルの上面図、（ｂ）はＢｉペーストを凹部に埋込む際のテーブルの断面図、（ｃ）はＢｉペーストを凹部に埋込んだ後のテーブルの断面図を示す。
【図８】第２の実施形態にかかる長方形の凹部を備えるテーブルの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる半田バンプ２の断面図である。この半田バンプ２は、半田ボール３と、この半田ボール３に圧着されたＢｉ粒子４とにより形成されている。半田ボール３は、Ｓｎ−３．０ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕを主材料とする半田で、概略球体を押し潰した饅頭形状を有している。そして、その上下の面は、電子部品１０が接続される製品側面３ａ、近傍領域にＢｉ粒子４が圧着している基板側面３ｂをなしている。
【００１５】
このような半田バンプ２の製造方法を、図２〜図５を参照して説明する。図２は、半田バンプ２の製造方法を示すフローチャートである。また、図３〜図５は製造途中の様子を示す半田バンプ２等の側面図である。
【００１６】
ステップＳ１：先ず、図３及び図４（ａ）に示すように、Ｂｉ粒子４を半田ボール３に対して以下の関係を満たすように作業台等のテーブル６に分散配置する。なお、テーブル６にＢｉ粒子４を含有したＢｉペーストを分散配置することも可能である。
【００１７】
いま、使用するＢｉ粒子４の平均直径Ｄ２と半田ボール３の平均直径Ｄ１とは、式１の関係を満たすとき良好な接合が行える。
Ｄ２＝ｎ×Ｄ１  …（１）
ここで、ｎは比例係数で、下記の式２の関係を満たすように設定する。
０．０２≦ｎ≦０．２  …（２）
なお、比例係数ｎの範囲が、０．０６≦ｎ≦０．１の範囲のとき、より良好なバンプ接合が行える。
【００１８】
例えば、半田ボール３の直径Ｄ１が５００μｍ、ｎ＝０．０６のとき、Ｂｉ粒子４の平均直径Ｄ２は、Ｄ２＝ｎ×Ｄ１＝０．０６＊５００＝３０μｍとなる。従って、平均粒径が３０μｍ（２０〜４０μｍ）のＢｉ粒子４を使用すれば、良好なバンプ接合が行えるようになる。無論、Ｂｉ粒子４の粒径ばらつきは、小さいほうが好ましい。
【００１９】
このとき、半田ボール３に圧着させるＢｉ粒子４の数ｍは、ｎ＝０．０６としたとき、１≦ｍ≦０．２／ｎ２＝０．２／（０．０６２）≒５５となる。圧着させるＢｉ粒子４の数が少なすぎると、溶融するＢｉ粒子４の量が少なくなるため良好なバンプ接合が困難となる。一方、Ｂｉ粒子４の量が多くなると、接合完了時に接合領域に残存するＢｉ粒子４の量が多くなり、バンプ接合の信頼性低下を招く恐れがある。
【００２０】
しかし、比例係数ｎが式２を満たすように設定することで、Ｂｉ粒子４の量に過不足が発生しなくなり、バンプ接合の信頼性低下が防止できる。
【００２１】
このように決定されたＢｉ粒子４の量をテーブル６に分散配置する方法として、例えば図４に示すような方法が可能である。
【００２２】
先ず、一定ピッチで開口４１が複数形成されたマスク４０をテーブル６に載置する（図４（ａ）参照）。このマスク４０として、厚みが３０μｍ、開口径が４０μｍ、ピッチが５０μｍのマスクが例示できる。
【００２３】
そして、マスク４０の上にＢｉ粒子４を含有するＢｉペースト５を投入し、スキージ４２を用いてＢｉペースト５をスキージングする（図４（ｂ）参照）。これにより、Ｂｉペースト５は、開口４１に埋込まれる。なお、Ｂｉペースト５でなく、Ｂｉ粒子４だけでもよい。
【００２４】
その後、マスク４０を剥離すると、図４（ｃ）に示すように一定量のＢｉペースト５がテーブル６の上に分散配置された状態となる。
【００２５】
ステップＳ２：電子部品１０をテーブル６に対して位置合せして、これらを対向させる（図５（ａ）参照）。
【００２６】
ステップＳ３：  この状態で、電子部品１０をテーブル６に近づけて、半田ボール３をＢｉ粒子島４ａに押し付ける。このとき、半田ボール３の表面に酸化膜が形成されている場合があるので、スクラブしながら押し付ける。このスクラブ動作により酸化膜が除去される。
【００２７】
以上により、所定量のＢｉ粒子４を半田ボール３に圧着させた半田バンプ２を形成することができる（図５（ｃ）参照）。
【００２８】
このようにして半田バンプ２が形成された電子部品１０は、回路基板３１に形成された端子３２に対して位置合せされ（図６（ａ）参照）、押し当てられる（図６（ｂ）参照）。
【００２９】
そして、この状態で接合のための熱処理が行われる（図６（ｃ）参照）。接合のための熱処理は、１６０℃〜２００℃の範囲、例えば１８０℃で行う。Ｂｉ粒子４は、回路基板３１との基板側面３ｂの近傍領域に偏在するため、たとえ低温で接合しても、略全てのＢｉ粒子４が接合に寄与する。即ち、接合に寄与しない残留Ｂｉ粒子の発生が抑制できるので、この残留Ｂｉ粒子による耐衝撃力の低下が防止できる。従って、接合温度の低温化を図りながら接合の信頼性を高めることが可能になる。
【００３０】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用いて説明を適宜省略する。
【００３１】
第１の実施形態においては、マスクの開口にＢｉ粒子を埋込むことにより、所定量のＢｉ粒子を半田ボールに圧着させた。
【００３２】
これに対して、本実施形態では所定ピッチで形成された凹部を有するテーブルにＢｉ粒子を埋込むことで、所定量のＢｉ粒子を分散配置する。
【００３３】
図７は、略正方形の凹部３３を備えるテーブル６を示し、図８は長方形の凹部３３を備えるテーブル６を示している。このような長方形の凹部３３は、複数設けられている。なお、凹部３３の形状は、これらに限定するものではなく、例えば円形状であっても良い。
【００３４】
そして、凹部３３にＢｉペースト５を投入し、スキージ４２等により掻きならす。これにより、各凹部３３に所定量のＢｉペースト５を埋込むことができ、所定量のＢｉ粒子４を半田ボール３に埋込むことができる。
【符号の説明】
【００３５】
２    半田バンプ
３    半田ボール
４  Ｂｉ粒子
５  Ｂｉペースト
６    テーブル
１０    電子部品
３１    回路基板
３２    端子
３３    凹部
４０    マスク
４１    開口
４２    スキージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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